(57)【要約】【課題】主電池の低温による電池性能低下あるいは高温による電池寿命の低下を防止することができる技術を提供する。【解決手段】主電池２１０の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎと上限温度設定値Ｔｍａｘの範囲内である場合には、切換スイッチ２４０および２５０を主電池２１０側に切り換える。Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎより低い場合には、切換スイッチ２４０および２５０を、高内部抵抗を有する第１の補助電池２２０側に切り換える。これにより、第１の補助電池２２０の発熱作用によって主電池２１０が加熱される。Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘより高い場合には、回生制動時に、切換スイッチ２４０および２５０を、低内部抵抗を有する第２の補助電池２３０側に切り換える。これにより、第２の補助電池２３０の吸熱作用によって、主電池２１０が冷却される。【選択図】図１
2010022151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な電池を有する電源部と、前記電源部からモータに駆動電力を供給しあるいは前記モータから前記電源部に回生電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、モータ駆動時には、前記電源部から前記モータに駆動電力が供給されるように前記電力変換装置を制御し、回生制動時には、前記モータから前記電源部に回生電力が供給されるように前記電力変換装置を制御する車両用電源装置であって、
前記電源部は、主電池と、充電時および放電時に発熱する第１の補助電池を有し、前記主電池と前記第１の補助電池は、当該第１の補助電池の発熱動作によって当該主電池が加熱されるように熱結合されており、
また、前記主電池と前記第１の補助電池を切り換える切換スイッチを有しており、
前記制御装置は、前記主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎを比較し、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ］である場合には、前記切換スイッチを前記主電池側に切り換え、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］である場合には、モータ駆動時および回生制動時の少なくとも一方で、前記切換スイッチを前記第１の補助電池側に切り換えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
充電可能な電池を有する電源部と、前記電源部からモータに駆動電力を供給しあるいは前記モータから前記電源部に回生電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、モータ駆動時には、前記電源部から前記モータに駆動電力が供給されるように前記電力変換装置を制御し、回生制動時には、前記モータから前記電源部に回生電力が供給されるように前記電力変換装置を制御する車両用電源装置であって、
前記電源部は、主電池と、充電時に吸熱する第２の補助電池を有し、また、前記主電池と前記第２の補助電池は、当該第２の補助電池の吸熱動作によって当該主電池が冷却されるように熱結合されており、
また、前記主電池と前記第２の補助電池を切り換える切換スイッチを有しており、
前記制御装置は、前記主電池の温度Ｔｍと上限温度設定値Ｔｍａｘを比較し、［Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］である場合には、前記切換スイッチを前記主電池側に切り換え、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］である場合には、回生制動時に、前記切換スイッチを前記第２の補助電池側に切り換えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】
充電可能な電池を有する電源部と、前記電源部からモータに駆動電力を供給しあるいは前記モータから前記電源部に回生電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、モータ駆動時には、前記電源部から前記モータに駆動電力が供給されるように前記電力変換装置を制御し、回生制動時には、前記モータから前記電源部に回生電力が供給されるように前記電力変換装置を制御する車両用電源装置であって、
前記電源部は、主電池と、放電時および充電時に放熱する第１の補助電池と、充電時に吸熱する第２の補助電池を有し、前記主電池と前記第１の補助電池は、当該第１の補助電池の発熱動作によって当該主電池が加熱されるように熱結合され、前記主電池と前記第２の補助電池は、当該第２の補助電池の吸熱動作によって当該主電池が冷却されるように熱結合されており、
また、前記主電池、前記第１の補助電池と前記第２の補助電池を切り換える切換スイッチを有しており、
前記制御装置は、前記主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎおよび上限温度設定値Ｔｍａｘを比較し、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］である場合には、前記切換スイッチを前記主電池側に切り換え、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］である場合には、モータ駆動時および回生制動時の少なくとも一方で、前記切換スイッチを前記第１の補助電池側に切り換え、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］である場合には、回生制動時に、前記切換スイッチを前記第２の補助電池側に切り換えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項４】
請求項１または３に記載の車両用電源装置であって、前記第１の補助電池は、前記主電池より内部抵抗が大きいことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の車両用電源装置であって、前記第２の補助電池は、前記主電池より内部抵抗が小さいことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項６】
充電可能な電源部と、前記電源部からモータに駆動電力を供給しあるいは前記モータから前記電源部に回生電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、モータ駆動時には、前記電源部から前記モータに駆動電力が供給されるように前記電力変換装置を制御し、回生制動時には、前記モータから前記電源部に回生電力が供給されるように前記電力変換装置を制御する車両用電源装置であって、
前記電源部は、主電池と補助電池を有し、
また、前記主電池と前記補助電池を切り換える切換スイッチと、
加熱装置を備え、
前記制御装置は、前記主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎを比較し、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ］である場合には、前記切換スイッチを前記主電池側に切り換え、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］である場合には、前記切換スイッチを前記補助電池側に切り換えるとともに、前記加熱装置によって前記主電池が加熱されるように前記加熱装置を制御することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項７】
充電可能な電源部と、前記電源部からモータに駆動電力を供給しあるいは前記モータから前記電源部に回生電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、モータ駆動時には、前記電源部から前記モータに駆動電力が供給されるように前記電力変換装置を制御し、回生制動時には、前記モータから前記電源部に回生電力が供給されるように前記電力変換装置を制御する車両用電源装置であって、
前記電源部は、主電池と補助電池を有し、
また、前記主電池と前記補助電池を切り換える切換スイッチと、
冷却装置を有しており、
前記制御装置は、前記主電池の温度Ｔｍと上限温度設定値Ｔｍａｘを比較し、［Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］である場合には、前記切換スイッチを前記主電池側に切り換え、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］である場合には、前記切換スイッチを前記補助電池側に切り換えるとともに、前記冷却装置によって前記主電池が冷却されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項８】
充電可能な電源部と、前記電源部からモータに駆動電力を供給しあるいは前記モータから前記電源部に回生電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、モータ駆動時には、前記電源部から前記モータに駆動電力が供給されるように前記電力変換装置を制御し、回生制動時には、前記モータから前記電源部に回生電力が供給されるように前記電力変換装置を制御する車両用電源装置であって、
前記電源部は、主電池と補助電池を有し、
また、前記主電池と補助電池を切り換える切換スイッチと、
加熱装置と、
冷却装置を有し、
前記制御装置は、前記主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎおよび上限温度設定値Ｔｍａｘを比較し、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］である場合には、前記切換スイッチを前記主電池側に切り換え、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］である場合には、前記切換スイッチを前記第１の補助電池側に切り換えるとともに、前記加熱装置によって前記主電池が加熱されるように前記加熱装置を制御し、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］である場合には、前記切換スイッチを前記補助電池側に切り換えるとともに、前記冷却装置によって前記主電池が冷却されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項９】
充電可能な電源部と、前記電源部からモータに駆動電力を供給しあるいは前記モータから前記電源部に回生電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、モータ駆動時には、前記電源部から前記モータに駆動電力が供給されるように前記電力変換装置を制御し、回生制動時には、前記モータから前記電源部に回生電力が供給されるように前記電力変換装置を制御する車両用電源装置であって、
前記電源部は、主電池と、主電池に並列に接続されたキャパシタと、前記主電池と前記キャパシタ間の温度差によって電力を発生する熱発電装置を有し、
また、前記主電池を冷却する冷却装置を備え、
前記熱発電装置から発生された電力が前記冷却装置に供給されるように構成されていることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両用電源装置であって、前記冷却装置は、冷却ファンであることを特徴とする車両用電源装置。
＋
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
本発明は、充電可能な電池を有する車両用電源装置に関し、特に、低温による電池の性能低下や高温による電池の寿命短縮を防止することができる車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、充電可能な電池を有する車両用電源装置から走行用モータ等に電力が供給される。車両用電源装置の電池としては、鉛酸電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の種々の二次電池が用いられている。通常、車両用電源装置に用いられている電池は、低温では電池の性能が低下し、高温では電池の寿命が短くなる。従来、特許文献１には、低温での電池の性能の低下を防止するために、低温時には、ヒータ等の加熱装置によって電池を加熱する車両用電源装置が開示されている。また、特許文献２には、高温時には、太陽電池からの電力によって駆動される冷却ファンによって電池を冷却する車両用電源装置が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１８２３０９号公報
【特許文献２】特開２００４−８０９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示されている車両用電源装置および特許文献２に開示されている車両用電源装置では、電池の放電動作および充電動作を継続しながら加熱装置によって電池を加熱し、あるいは、冷却ファンによって電池を冷却している。このため、電池を効率よく加熱あるいは冷却することができない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、低温による電池の性能低下あるいは高温による電池の寿命短縮を効率よく防止することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下の各発明は、充電可能な電池を有する電源部と、電源部とモータの間に設けられた電力変換装置と、モータ駆動時には、電源部からモータに駆動電力が供給されるように電力変換装置を制御し、回生制動時には、モータから電源部に回生電力が供給されるように電力変換装置を制御する制御装置を備える車両用電源装置に関する。なお、一般的に、電源部は、複数の電池（セル）からなる電源ユニットを複数備え、複数の電源ユニットが直列あるいは並列に接続されて構成される。以下の各発明の「主電池」は、典型的には、電源ユニットが対応する。
【０００５】
一つの発明では、電源部は、主電池と、充電時および放電時に発熱する第1の補助電池を有しているとともに、主電池と第１の補助電池を切り換える切換スイッチを有している。主電池としては、所望の時間の間電力を供給可能な電池が用いられる。第１の補助電池としては、放電時および充電時の少なくとも一方で発熱し、発熱動作によって主電池を加熱することができる電池が用いられる。主電池と第１の補助電池は、同じ種類の電池を用いるのが好ましい。そして、主電池と第１の補助電池は、第１の補助電池の発熱動作によって主電池が加熱されるように熱結合される。主電池と第１の補助電池を熱結合する態様としては、例えば、熱伝達が可能な間隔で配置する態様や、主電池と第１の補助電池の間に熱伝達媒体を設ける態様等を用いることができる。主電池と第１の補助電池は、少なくとも、主電池の温度が下限温度設定値よりも低い時に熱結合されていればよい。例えば、常時接近して配置する態様や、主電池の温度が下限温度設定値より低くなった時に接近させる態様を用いることができる。また、切換スイッチとしては、主電池と第１の補助電池を切り換えることができる種々の構成のスイッチを用いることができる。
そして、制御装置は、主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎが、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを主電池側に切り換える。一方、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］の条件を満足する場合には、モータ駆動時および回生制動時の少なくとも一方で、切換スイッチを記第１の補助電池側に切り換える。下限温度設定値Ｔｍｉｎは、主電池の性能が低下する温度、例えば、[０℃]に設定される。第１の補助電池として、放電時および充電時に発熱する電池を用いる場合には、切換スイッチを、充電時と放電時の一方で第１の補助電池側に切り換えてもよく、充電時と放電時の双方で第１の補助電池側に切り換えてもよい。充電時に切り換えスイッチを第１の補助電池側に切り換えることにより、第１の補助電池への回生（回線電力の供給）が主電池への回生より優先して行われる（優先回生）。また、放電時に切り換えスイッチを第１の補助電池側に切り換えることにより、第１の補助電池からの給電（駆動電力の供給）が主電池からの給電より優先して行われる（優先給電）。なお、第１の補助電池や主電池の残容量に応じて切換スイッチを制御するのが好ましい。この時、主電池と第１の補助電池は熱結合されているため、第１の補助電池の放熱動作によって主電池が加熱される。
本発明では、主電池の温度が下限温度設定値より低い時には、第１の補助電池への優先回生および第１の補助電池からの優先給電の少なくとも一方が行われるため、第１の補助電池の放熱動作によって主電池を効率よく加熱することができる。したがって、低温による主電池の性能低下を効率よく防止することができる。
本発明は、主電池の温度が下限温度設定値より低くなるが、上限温度設定値より高くなることが殆どない環境において好適に用いることができる。
【０００６】
他の発明では、電源部は、主電池と、充電時に発熱する第２の補助電池を有しているとともに、主電池と第２の補助電池を切り換える切換スイッチを有している。第２の補助電池としては、充電時に吸熱動作によって主電池を冷却することができる電池が用いられる。例えば、リチウムイオン電池が用いられる。主電池と第２の補助電池は、同じ種類の電池を用いるのが好ましい。そして、主電池と第２の補助電池は、第２の補助電池の吸熱動作によって主電池が冷却されるように熱結合される。主電池と第２の補助電池を熱結合する態様としては、例えば、熱伝達が可能な間隔で配置する態様や、主電池と第２の補助電池の間に熱伝達媒体を設ける態様等を用いることができる。主電池と第２の補助電池は、少なくとも、主電池の温度が上限温度設定値よりも高い時に熱結合されていればよい。例えば、常時接近して配置する態様や、主電池の温度が上限温度設定値より高くなった時に接近させる態様を用いることができる。また、切換スイッチとしては、主電池と第２の補助電池を切り換えることができる種々の構成のスイッチを用いることができる。
そして、制御装置は、主電池の温度Ｔｍと上限温度設定値Ｔｍａｘが、［Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを主電池側に切り換える。一方、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］の条件を満足する場合には、回生制動時に、切換スイッチを記第２の補助電池側に切り換える。上限温度設定値Ｔｍａｘは、主電池の寿命が短くなる温度、例えば、[３０℃]に設定される。充電時に切り換えスイッチを第２の補助電池側に切り換えることにより、第２の補助電池への回生（回線電力の供給）が主電池への回生より優先して行われる（優先回生）。この時、主電池と第２の補助電池は熱結合されているため、第２の補助電池の吸熱動作によって主電池が冷却される。なお、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］の条件が満足される場合には、充電時と放電時の双方で切り換えスイッチを第２の補助電池側に切り換えてもよい。このように構成する場合には、第２の補助電池からの給電（駆動電力の供給）および第２の補助電池への回生が主電池からの給電および主電池への回生より優先して行われる（優先給電）。
本発明では、主電池の温度が上限温度設定値より高い時には、第２の補助電池への優先回生が行われるため、第２の補助電池の吸熱動作によって主電池を効率よく冷却することができる。したがって、高温による主電池の寿命短縮を効率よく防止することができる。
本発明は、主電池の温度が上限温度設定値より高くなるが、下限温度設定値り低くなることが殆どない環境において好適に用いることができる。
【０００７】
さらに他の発明では、電源部は、主電池と、充電時および放電時に発熱する第1の補助電池と、充電時に発熱する第２の補助電池を有しているとともに、主電池と第１の補助電池および第２の補助電池を切り換える切換スイッチを有している。主電池、第１の補助電池および第２の補助電池は、同じ種類の電池を用いるのが好ましい。そして、主電池と第１の補助電池および第２の補助電池は、第１の補助電池の発熱動作によって主電池が加熱され、第２の補助電池の吸熱動作によって主電池が冷却されるように熱結合される。熱結合の態様としては、前述した態様を用いることができる。切換スイッチとしては、主電池、第１の補助電池および第２の補助電池を切り換えることができる種々の構成のスイッチを用いることができる。
そして、制御装置は、主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎおよび上限温度設定値Ｔｍａｘが、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを主電池側に切り換える。一方、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］の条件を満足する場合には、モータ駆動時および回生制動時の少なくとも一方で、切換スイッチを記第１の補助電池側に切り換える。また、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］の条件を満足する場合には、回生制動時に、切換スイッチを第２の補助電池側に切り換える。下限温度設定値Ｔｍｉｎは、主電池の性能が低下する温度に設定され、上限温度設定値Ｔｍａｘは、主電池の寿命が短くなる温度に設定される。これにより、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］の条件が満足される場合には、第１の補助電池への優先回生あるいは第１の補助電池からの優先給電が行われ、第１の補助電池の放熱動作によって主電池が加熱される。また、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］の条件が満足される場合には、第２の補助電池への優先回生が行われ、第２の補助電池の吸熱動作によって主電池が冷却される。
本発明では、主電池の温度が下限温度設定値より低い時には、第１の補助電池への優先回生および第１の補助電池からの優先給電の少なくとも一方が行われるため、第１の補助電池の放熱動作によって主電池を効率よく加熱することができる、また、主電池の温度が上限温度設定値より高い時には、第２の補助電池への優先回生が行われるため、第２の補助電池の吸熱動作によって主電池を効率よく冷却することができる。したがって、低温による主電池の性能低下や高温による主電池の寿命短縮を効率よく防止することができる。
本発明は、主電池の温度が下限温度設定値より低くなり、また、主電池の温度が上限温度設定値より高くなる環境において好適に用いることができる。
【０００８】
本発明の異なる形態では、第1の補助電池として、主電池より内部抵抗が大きい電池が用いられている。これにより、第１の補助電池の放熱動作による主電池の加熱をより効率よく行うことができる。
【０００９】
本発明のさらに異なる形態では、第２の補助電池として、主電池より内部抵抗が小さい電池が用いられている。これにより、第２の補助電池の吸熱動作による主電池の冷却をより効率よく行うことができる。
【００１０】
さらに他の発明では、電源部は、主電池と補助電池を有しているとともに、主電池と補助電池を切り換える切換スイッチを有している。また、主電池を加熱する加熱装置を有している。加熱装置としては、ヒータ等を用いることができる。主電池と補助電池は、同じ種類の電池を用いるのが好ましい。
そして、制御装置は、主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎが、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを主電池側に切り換える。一方、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを補助電池側に切り換えるとともに、加熱装置によって主電池が加熱されるように加熱装置を制御する。例えば、補助電池から加熱装置に電力が供給されるように電力変換装置を制御する。
本発明では、主電池の温度が下限温度設定値より低い時には、補助電池への優先回生および補助電池からの優先給電が行われるため、加熱装置によって主電池を効率よく加熱することができる、したがって、低温による主電池の性能低下を効率よく防止することができる。
本発明は、主電池の温度が下限温度設定値より低くなるが、上限温度設定値より高くなることが殆どない環境において好適に用いることができる。
【００１１】
さらに他の発明では、電源部は、主電池と補助電池を有しているとともに、主電池と補助電池を切り換える切換スイッチを有している。また、主電池を冷却する冷却装置を有している。冷却装置としては、冷却ファン等を用いることができる。主電池と補助電池は、同じ種類の電池を用いるのが好ましい。
そして、制御装置は、主電池の温度Ｔｍと上限温度設定値Ｔｍａｘが、［Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを主電池側に切り換える。一方、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを補助電池側に切り換えるとともに、冷却装置によって主電池が冷却されるように冷却装置を制御する。例えば、補助電池から冷却装置に電力が供給されるように電力変換装置を制御する。
本発明では、主電池の温度が上限温度設定値より高い時には、補助電池への優先回生および補助電池からの優先給電が行われるため、冷却装置によって主電池を効率よく冷却することができる、したがって、高温による主電池の寿命短縮を効率よく防止することができる。
本発明は、主電池の温度が上限温度設定値より高くなるが、下限温度設定値より低くなることが殆どない環境において好適に用いることができる。
【００１２】
さらに他の発明では、電源部は、主電池と補助電池を有しているとともに、主電池と補助電池を切り換える切換スイッチを有している。また、主電池を加熱する加熱装置と主電池を冷却する冷却装置を有している。加熱装置としては、ヒータ等を用いることができ、冷却装置としては、冷却ファン等を用いることができる。主電池と補助電池は、同じ種類の電池を用いるのが好ましい。
そして、制御装置は、主電池の温度Ｔｍと下限温度設定値Ｔｍｉｎが、［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを主電池側に切り換える。一方、［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを補助電池側に切り換えるとともに、加熱装置によって主電池が加熱されるように加熱装置を制御する。また、［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］の条件を満足する場合には、切換スイッチを補助電池側に切り換えるとともに、冷却装置によって主電池が冷却されるように冷却装置を制御する。
本発明では、主電池の温度が下限温度設定値より低い時および上限温度より高い時には、補助電池への優先回生および補助電池からの優先給電が行われる。これにより、加熱装置によって主電池を効率よく加熱することができ、また、冷却装置によって主電池を効率よく冷却することができる。したがって、低温による主電池の性能低下および高温による主電池の寿命短縮を効率よく防止することができる。
本発明は、主電池の温度が下限温度設定値より低くなり、また、主電池の温度が上限温度設定値より高くなる環境において好適に用いることができる。
【００１３】
更に他の発明では、電源部は、主電池と、主電池に並列に接続されたキャパシタと、主電池とキャパシタ間の温度差によって電力を発生する熱発電装置を有している。また、主電池を冷却する冷却装置を備えている。熱発電装置は、典型的には、温度差によって電力を発生する熱電変換素子によって構成される。熱電変換素子としては、公知の種々の熱電変換素子を用いることができる。冷却装置としては、例えば、冷却ファンが用いられる。
そして、熱発電装置から発生された電力が冷却装置に供給されるように構成されている。例えば、熱発電装置から発生された電力が冷却装置に供給されるように電力変換装置を構成する。なお、主電池の温度Ｔｍを検出する温度検出器を設け、主電池の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘより高い［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］場合に、熱発電装置から発生された電力を冷却装置に供給し、主電池の温度が上限設定値以下［Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］である場合には、熱発電装置から発生された電力を他の負荷や主電池に供給するように構成するのが好ましい。例えば、熱発電装置から発生された電力を、冷却装置あるいは他の負荷や主電池に供給することができるように電力変換装置を構成し、制御装置によって電力変換装置を制御することによって実現することができる。
本発明では、主電池に並列にキャパシタが接続されているため、加速時等のように短時間の電力増加に容易に応答することができる。また、主電池とキャパシタ間の温度差によって発生した電力を用いて冷却装置を駆動するため、主電池を効率よく冷却することができる。
【００１４】
他の形態では、冷却装置として冷却ファンが用いられている。これにより、安価な冷却装置を用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明を用いることにより、低温による主電池の性能低下あるいは高温による主電池の寿命短縮を効率よく防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明の車両用電源装置の一実施の形態が図１に示されている。なお、図１には、本実施の形態の車両用電源装置が設けられた電気自動車１００が示されている。
電気自動車１００は、車輪１１０、車輪１１０を駆動する走行用モータ１２０、電源部１４０、電力変換装置１５０、冷却ファン１６０、冷却ファン１６０を駆動する冷却ファン用モータ１７０、制御装置１８０等を有している。なお、図１に示されている電気自動車１００では、走行用モータ１２０が一部の車輪１１０に設けられているが、走行用モータ１２０を全ての車輪１１０に設けることもできる。また、１台の走行用モータ１２０によって１つの車輪１１０を駆動しているが、１台の走行用モータ１２０によって複数の車輪１１０を駆動するように構成することもできる。本発明の車両用電源装置は、電源部１４０、電力変換装置１５０、制御装置１８０、温度検出器２１１、３１１等により構成される。
【００１７】
電源部１４０は、複数の電源ユニットを直列接続あるいは並列接続することによって構成される。図1では、説明を簡単にするために、第１の電源ユニット１４０ａと第２の電源ユニット２４０ａが直列に接続されて構成されている電源部１４０が示されている。なお、一般的に、各電源ユニットは、複数の単位電池（セル）により構成され、例えば、「電池ユニット」あるいは「セルスタック」と呼ばれる。第１の電源ユニット１４０ａと第２の電源ユニット１４０ｂは同じ構成である。すなわち、第1の電池ユニット１４０ａ、第２の電源ユニット１４０ｂは、それぞれ、主電池２１０、３１０、第１の補助電池２２０、３２０、第２の補助電池２３０、３３０、切換スイッチ２４０と２５０、３４０と３５０により構成されている。主電池２１０、３１０、第１の補助電池２２０、３２０、第２の補助電池２３０、３３０は、それぞれ、正極端子２１０ａ、３１０ａ、２２０ａ、３２０ａ、２３０ａ、３３０ａと、負極端子２１０ｂ、３１０ｂ、２２０ｂ、３２０ｂ、２３０ｂ、３３０ｂを有している。主電池２１０、３１０、第１の補助電池２２０、３２０、第２の補助電池２３０、３３０としては、例えば、鉛酸電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の種々の充電可能な２次電池が用いられる。また、第１の電源ユニット１４０ａ、第２の電源ユニット１４０ｂには、主電池２１０、３１０の温度を検出して温度検出信号を出力する温度検出器２１１、３１１が設けられている。主電池２１０、３１０の温度としては、主電池２１０、３１０の周囲の温度を用いることもできる。また、主電池２１０、３１０の温度は、主電池２１０、３１０の電流や電圧に基づいて検出することもできる。
【００１８】
主電池２１０（３１０）としては、一般的に、長時間に亘って、所望のエネルギー密度、出力密度、内部抵抗を有する電池が用いられる。例えば、エネルギー密度が１００〜２００Ｗｈ／ｋｇ、出力密度が４００〜７００Ｗ／ｋｇ、内部抵抗が３ｍΩである電池が用いられる。主電池２１０（３１０）は、一般的に、放電時および充電時に発熱する（熱を発生する）。
図２に、主電池２１０（３１０）の充電時の温度変化の一例が、丸を付した曲線で示されている。
【００１９】
第１の補助電池２２０（３２０）は、主電池２１０（３１０）の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎより低い時（温度が低い時）に、主電池２１０（３１０）を加熱するために用いられる。このため、第１の補助電池２２０（３２０）としては、発熱する（熱を発生する）電池が用いられる。
２次電池は、放電時および充電時の少なくとも一方で発熱する。なお、多くの２次電池は、放電時および充電時に発熱する。したがって、第１の補助電池２２０（３２０）としては、このような放電時および充電時の少なくとも一方で発熱する電池を用いることができる。好適には、放電時および充電時に発熱する電池が用いられる。第1の補助電池２２０（３２０）として、放電時および充電時の少なくとも一方で発熱する電池を用いる場合には、主電池２１０（３１０）の温度Ｔｍが下限設定温度Ｔｍｉｎより低い時に、第1の補助電池２２０（３２０）の放電および充電の少なくとも一方、あるいは双方を行う。また、放電時及び充電時に発熱する電池を用いる場合には、主電池２１０（３１０）の温度が下限設定値Ｔｍｉｎより低い時に、第1の補助電池２２０（３２０）の放電および充電を行う。「電池の放電」は、走行用モータ１２０に駆動電力を供給することを意味し、「電池の充電」は、走行用モータ１２０の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電池に供給する（電池を充電する）ことを意味する。
なお、第１の補助電池２２０（３２０）としては、主電池２１０（３１０）よりエネルギー密度が大きく、出力密度が小さく、内部抵抗が大きい電池（高内部抵抗電池）を用いるのが好ましい。一般的に、内部抵抗が大きいと、エネルギー密度は大きいが、出力密度は小さい。
また、第１の補助電池２２０（３２０）の発熱動作によって主電池２１０（３１０）が加熱されるように、主電池２１０（３１０）と第１の補助電池２２０（３２０）は熱結合される。本実施の形態では、第１の補助電池２２０（３２０）は、主電池２１０（３１０）と接触した状態で配置されている。
図２に、第１の補助電池２２０（３２０）の充電時の温度変化の一例が、四角を付した曲線で示されている。
【００２０】
第２の補助電池２３０（３２０）は、主電池２１０（３１０）の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘより高い時（温度が高いとき）に、主電池２１０（３１０）を冷却するために用いられる。このため、第２の補助電池２２０（３２０）としては、吸熱する（熱を吸収する）電池が用いられる。
例えば、リチウムイオン電池では、放電時における発熱量は、電池反応に付随するエントロピー変化による発熱量と、電池内部の電圧降下による発熱量の和で表される。一方、放電時の発熱量は、電池反応に付随するエントロピー変化による吸熱量と、電池内部の電圧降下による発熱量の差で表される。リチウムイオン電池は、リチウム酸化物系の正極材と、炭素系の負極材を有している。ここで、電池反応による吸熱量が、電池内部の電圧降下による発熱量より大きいと、充電時に吸熱（熱を吸収）する。したがって、第２の補助電池２３０（３３０）としては、このような充電時に吸熱する電池を用いることができる。第２の補助電池２３０（３３０）としてこのような電池を用いる場合には、主電池２１０（３１０）の温度が上限設定値Ｔｍａｘより高い時に、第２の補助電池２３０（３３０）の充電を行う。勿論、第２の補助電池２３０（３３０）の充電と放電の双方を行ってもよい。
なお、第２の補助電池２３０（３３０）としては、主電池２１０（３１０）よりエネルギー密度が小さく、出力密度が大きく、内部抵抗が小さい電池（低内部抵抗電池）を用いるのが好ましい。一般的に、内部抵抗が小さいと、出力密度は大きいが、エネルギー密度は小さい。
また、第２の補助電池２３０（３３０）の吸熱動作によって主電池２１０（３１０）が冷却されるように、主電池２１０（３１０）と第２の補助電池２３０（３３０）は熱結合される。本実施の形態では、第２の補助電池２３０（３３０）は、主電池２１０（３１０）と接触した状態で配置されている。
好適には、主電池２１０（３１０）、第１の補助電池２２０（３２０）、第２の補助電池２３０（３３０）として、同じ種類の電池（例えば、リチウムイオン電池）が用いられる。
図３に、第２の補助電池２３０（３３０）の充電時の温度変化の一例が、三角を付した曲線で示されている。
【００２１】
第1電源ユニット１４０ａの切換スイッチ２４０と２５０は、主電池２１０、第１の補助電池２２０、第２の補助電池３４０のいずれかを選択するように切り換えられる。本実施の形態では、切換スイッチ２４０は、固定接点２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄと、一端側が固定接点２４０ａに接続され、他端側が移動可能な可動片２４０ｘを有している。そして、固定接点２４０ｂ〜２４０ｄは、それぞれ、第２の補助電池２２０の正極端子２２０ａ、主電池２１０の正極端子２１０ａ、第２の補助電池２３０の正極端子２３０ａに接続されている。また、切換スイッチ２５０は、固定接点２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄと、一端側が固定接点２５０ａに接続され、他端側が移動可能な可動片２５０ｘを有している。そして、固定接点２５０ｂ〜２５０ｄは、それぞれ、第２の補助電池２２０の負極端子２２０ｂ、主電池２１０の負極端子２１０ｂ、第２の補助電池２３０の負極端子２３０ｂに接続されている。これにより、切換スイッチ１４０の可動片２４０ｘと切換スイッチ２５０の可動片２５０ｘが、固定接点２４０ｃと２５０ｃに接続される（主電池側に切り換えられる）ことによって主電池２１０が選択され、固定接点２４０ｂと２５０ｂに接続される（第１の補助電池側に切り換えられる）ことによって第１の補助電池２２０が選択され、固定接点２４０ｄと２５０ｄに接続される（第２の補助電池側に切り換えられる）ことによって第２の補助電池２３０が選択され、
同様に、切換スイッチ３４０と３５０によって、主電池３１０、第１の補助電池３２０、第２の補助電池３３０のいずれかが選択される。
図１では、切換スイッチ２４０の固定接点２４０ａが正極側の電力線に接続され、切換スイッチ３４０の固定接点３４０ａと切換スイッチ２５０の固定接点２５０ａが接続され、切換スイッチ３５０の固定接点２５０ａが負極側の電力線に接続されている。これにより、正極側の電力線と負極側の電力線の間に、第１の電源ユニット１４０ａで選択された電池と第２のユニット１４０ｂで選択された電池が直列に接続される。
なお、切換スイッチ２４０と２５０（３４０と３５０）のうち一方は省略することもできる。例えば、切換スイッチ２５０（３５０）を省略し、主電池２１０（３１０）の負極端子２１０ｂ（３１０ｂ）、第１の補助電池２２０（３２０）の負極側端子２２０ｂ（３２０ｂ）、第２の補助電池２３０（３３０）の負極側端子２３０ｂ（３３０ｂ）を共通に接続することができる。
【００２２】
電力変換装置１５０は、電源部１４０から走行用モータ１２０に駆動電力を供給可能であり、また、走行用モータ１２０から電源部１４０に回生電力を供給可能に構成されている。また、電力変換装置１５０は、電源部１４０から冷却ファン用モータ５６０や、電気自動車５００に搭載されている種々の装置に電力を供給可能に構成されている。電力変換装置１５０は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ（周波数変換装置）等により構成される。電力変換装置１５０は、１つのＤＣ−ＤＣコンバータやインバータによって構成してもよいし、複数のＤＣ−ＤＣコンバータやインバータによって構成してもよい。
【００２３】
制御装置１８０は、種々の入力信号に基づいて、切換スイッチ２４０と２５０、３４０と３５０や、電力変換装置１５０等を制御する。入力信号としては、温度検出器２１１、３１１によって検出された主電池２１０、３１０の温度検出信号、前進、ニュートラル、後進を支持するシフトレバー（図示省略）の操作検出信号（前進操作検出信号、ニュートラル操作検出信号、後進操作検出信号）、アクセルペダル（図示省略）の踏込み量検出信号等が用いられる。そして、入力信号に基づいて、主電池２１０（３１０）、第１の補助電池２２０（３２０）、第２の補助電池２３０（３３０）を選択するための切換制御信号を切換スイッチ２４０と２５０（３４０と３５０）に出力する。また、駆動時には、電源部１４０から走行用モータ１２０の所定の駆動電力が供給されるように電力変換装置１５０を制御し、回生制動時には、走行用モータ１２０から電源部１４０に回生電力が供給されるように電力変換装置１５０を制御する。
【００２４】
次に、本実施の形態の動作を、図３に示されているフローチャートを参照して説明する。
なお、以下の説明では、主電池２１０と３１０、第１の補助電池２２０と３２０、第２の補助電池２３０と３３０として、充電時の温度が図２に示されているように変化する電池が用いられている場合について説明する。
また、第１の電源ユニット１４０ａ（切換スイッチ２４０と２５０）と第２の電源ユニット１４０ｂ（切換スイッチ３４０と３５０）の動作は同様であるため、以下では、第１の電源ユニット（切換スイッチ２４０と２５０）の動作についてのみ説明する。
また、主電池２１０（３１０）として、温度が［０℃］より低下すると電池性能が低下し、［３０℃］より高くなると電池寿命が低下する電池が用いられている場合について説明する。
【００２５】
図３に示されている動作は、制御装置１８０によって、適宜のタイミングで開始される。
ステップＡ１では、主電池２１０の温度Ｔｍを検出する。主電池２１０の温度Ｔｍは、温度検出器２１１から出力される温度検出信号に基づいて検出することができる。主電池２１０の温度Ｔｍを検出する方法は、これに限定されない。例えば、主電池２１０の電流や電圧に基づいて検出することもできる。また、主電池２１の温度は、主電池２１の周囲の温度を用いることもできる。
ステップＡ２では、ステップＡ１で検出した主電池２１０の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎ以上であるか否かを判断する。下限温度設定値Ｔｍｉｎは、主電池２１０の性能が低下する虞がある温度に設定される。例えば、［０℃］に設定される。主電池２１０の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎ以上である場合［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ］にはステップＡ３に進み、主電池２１０の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎ以下でない［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］場合にはステップＡ５に進む。
ステップＡ３では、ステップＡ１で検出した主電池２１０の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘ以下であるか否かを判断する。上限温度設定値Ｔｍａｘは、主電池２１０の寿命が短縮する虞がある温度に設定される。例えば、［３０℃］に設定される。主電池２１０の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘ以下である場合［Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］にはステップＡ４に進み、主電池２１０の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘ以下でない［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］場合にはステップＡ７に進む。
ステップＡ４では、制御装置１８０は、第１モードで動作する。すなわち、主電池２１０が選択されるように、切換スイッチ２４０と２５０を主電池側（固定接点２４０ｃ、２５０ｃ）に切り換える。そして、駆動時には、主電池２１０から走行用モータ１２０に駆動電力が供給されるように電力変換装置１５０を制御し、回生制動時には、走行用モータ１２０から電源部１４０側に回生電力が供給されるように電力変換装置１５０を制御する。その後、処理を終了する。
【００２６】
ステップＡ５では、制御装置１８０は、第２モードで動作する。第２モードでは、駆動時には、主電池２１０からの給電よりも第１の補助電池２２０からの給電を優先し（優先給電）、また、回生制動時には、主電池２１０への充電よりも第１の補助電池２２０への充電を優先する（優先充電）。すなわち、第１の補助電池２２０が選択されるように、切換スイッチ２４０と２５０を第１の補助電池側（固定接点２４０ｂ、２５０ｂ）に切り換える。そして、駆動時および回生制動時に、電力変換装置１５０を制御する。なお、第１の補助電池２２０からの優先給電および第１の補助電池２２０への優先充電の一方のみが行われるように、切換スイッチ２４０と２５０を制御してもよい。これにより、駆動時および回生制動時の少なくとも一方で、第１の補助電池の発熱動作によって、主電池２１０が加熱される。
第２モードにおいて、第１の補助電池２２０が満充電となった時には、第１の補助電池２２０への優先充電を停止し、主電池２１０への充電を優先するように切換スイッチ２４０と２５０を制御するのが好ましい。
ステップＡ６では、主電池２１０の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎ以上となったか否かを判断する。主電池２１０の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎ以上となった［Ｔｍｉｎ≦Ｔｍ］場合には処理を終了し、主電池２１０の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎ以上となっていない［Ｔｍ＜Ｔｍｉｎ］場合にはステップＡ５に戻る。
【００２７】
ステップＡ７では、制御装置１８０は、第３モードで動作する。第３モードでは、駆動時には、主電池２１０から給電し、また、回生制動時には、主電池２１０への充電よりも第２の補助電池２３０への充電を優先する（優先充電）。すなわち、駆動時には、切換スイッチ２４０と２５０を主電池側（固定接点２４０ｃと２５０ｃ）に切り換え、回生制動時には、切換スイッチ２４０と２５０を第２の補助電池側（固定接点２４０ｄと２５０ｄ）に切り換える。そして、駆動時および回生制動時に、電力変換装置１５０を制御する。これにより、回生制動時において、第２の補助電池２３０の吸熱動作によって主電池２１０が冷却される。
なお、第３モードにおいて、第２の補助電池２２０が満充電となった時には、第２の補助電池２３０への優先充電を停止し、主電池２１０への充電を優先するように切換スイッチ２４０と２５０を制御するのが好ましい、
ステップＡ８では、主電池２１０の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘ以下となったか否かを判断する。主電池２１０の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘ以下となった［Ｔｍ≦Ｔｍａｘ］場合には処理を終了し、主電池２１０の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘ以下となっていない［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］場合にはステップＡ７に戻る。
【００２８】
以上では、主電池２１０（３１０）の温度とＴｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎより低くなった場合に主電池２１０を加熱し、上限温度設定値Ｔｍａｘより高くなった場合に主電池２１０を冷却した。しかしながら、周囲温度が上限設定温度Ｔｍａｘより高くなることが殆どない地域では、図３に示した冷却動作は省略することができる。
冷却動作を省略した、本発明の他の実施の形態の動作を、図４に示されているフローチャートを参照して説明する。
図４に示されているフローチャートでは、図３のフローチャートのステップＡ３、Ａ７、Ａ８が省略されている。そして、ステップＢ１〜Ｂ５では、それぞれ、図３に示されているフローチャートのステップＡ１、Ａ２、Ａ４、Ａ５、Ａ６の処理と同様の処理が実行される。
【００２９】
また、周囲温度が下限温度設定温度Ｔｍｉｎより低くなることが殆どない地域では、図３に示した加熱動作は省略することができる。
加熱動作を省略した、本発明の他の実施の形態の動作を、図５に示されているフローチャートを参照して説明する。
図５に示されているフローチャートでは、図３のフローチャートのステップＡ２、Ａ５、Ａ６が省略されている。そして、ステップＣ１〜Ｃ５では、それぞれ、図３に示されているフローチャートのステップＡ１、Ａ３、Ａ４、Ａ７、Ａ８の処理と同様の処理が実行される。
【００３０】
なお、第１の補助電池２２０（３２０）、第２の補助電池２３０（３３０）の残容量が設定容量まで低下した場合には、第１の補助電池２２０（３２０）、第２の補助電池２３０（３３０）が充電されるように制御するのが好ましい。例えば、主電池２１０（３１０）の温度が下限温度設定値Ｔｍｉｎと上限温度設定値Ｔｍａｘの範囲内であっても、主電池２１０（３１０）の残容量が設定容量以上である場合には、回生制動時に、切換スイッチ２４０と２５０（３４０と３５０）を第１の補助電池２２０（３２０）側あるいは第２の補助電池２３０（３３０）側に切り換える。電池の残容量は、例えば、電池の電流や電圧を監視することによって判別することができる。
【００３１】
本発明は、前述した実施の形態の構成に限定されず、種々の他の構成を採用することもできる。
たとえば、第１の補助電池２２０（３２０）を主電池２１０（３１０）に熱結合する手段として、第１の補助電池２２０（３２０）を主電池２１０（３１０）に接触させて配置したが、主電池２１０（３１０）を加熱する時に第１の補助電池２２０（３２０）を主電池２１０（３１０）に熱結合させてもよい。主電池２１０（３１０）を加熱する時に第１の補助電池２２０（３２０）を主電池２１０（３１０）に熱結合させる構成も、本願発明の「主電池と第１の補助電池を、当該第１の補助電池の発熱動作によって当該主電池が加熱されるように熱結合される」構成に包含される。
また、第２の補助電池２３０（３３０）を主電池２１０（３１０）に熱結合する手段として、第２の補助電池２３０（３３０）を主電池２１０（３１０）に接触させて配置したが、主電池２１０（３１０）を冷却する時に第２の補助電池２３０（３３０）を主電池２１０（３１０）に熱結合させてもよい。主電池２１０（３１０）を冷却する時に第２の補助電池２３０（３３０）を主電池２１０（３１０）に熱結合させる構成も、本願発明の「主電池と第２の補助電池を、当該第２の補助電池の吸熱動作によって当該主電池が冷却されるように熱結合される」構成に包含される。
【００３２】
また、主電池２１０（３１０）の温度が低い時に、第１の補助電池の発熱動作によって主電池２１０（３１０）を加熱したが、主電池２１０（３１０）を加熱する方法は、これに限定されない。例えば、第１の電源ユニット１４０ａ（第２の電源ユニット１４０ｂ）を主電池２１０（３１０）と補助電池により構成するとともに、切換スイッチ２４０と２５０（３４０と３５０）として、主電池２１０（３１０）と補助電池のいずれかを選択可能なスイッチを用いる。この場合、補助電池としては、適宜の電池を用いることができる。また、主電池２１０（３１０）を加熱する加熱装置と主電池２３１０（３１０）を冷却する冷却装置（冷却ファン１６０であってもよい）を設ける。そして、主電池２１０（３１０）の温度が下限温度設定値Ｔｍｉｎと上限温度設定値Ｔｍａｘの範囲内である場合には、切換スイッチ２４０と２５０（３４０と３５０）によって主電池２１０（３１０）を選択する。一方、主電池２１０（３１０）の温度が下限温度設定値Ｔｍｉｎより低い場合には、切換スイッチ２４０と２５０（３４０と３５０）によって補助電池を選択するとともに、加熱装置によって主電池２１０（３１０）が加熱されるように制御する。例えば、補助電池から加熱装置に電力が供給されるように、電力変換装置を制御する。また、主電池２１０（３１０）の温度が上限温度設定値Ｔｍａｘより高い場合には、切換スイッチ２４０と２５０（３４０と３５０）によって補助電池を選択するとともに、冷却装置によって主電池２１０（３１０）が冷却されるように制御する。例えば、補助電池から冷却装置に電力が供給されるように電力変換装置を制御する。
このように構成する場合でも、低温による主電池２１０（３１０）の性能低下や高温による主電池２１０（３１０）の寿命短縮の一方あるいは双方を防止することができる。本実施の形態では、電源部、電力変換装置、制御装置、温度検出器、加熱装置および冷却装置の少なくとも一方等によって、本発明の車両用電源装置が構成される。
【００３３】
以上説明したように、本発明では、主電池（２１０、３１０）の温度Ｔｍが下限温度設定値Ｔｍｉｎより低い場合には、切換スイッチ（２４０と２５０、３４０と３５０）を補助電池側（例えば、第１の補助電池側）に切り換えるとともに、加熱装置によって主電池（２１０、３１０）を加熱するように構成されている。例えば、第１の補助電池（２２０、３２０）の放電時および充電時の少なくとも一方での放熱動作によって、主電池（２１０、３１０）を加熱する。これにより、低温による主電池（２１０、３１０）の性能低下を防止することができる。
また、主電池（２１０、３１０）の温度Ｔｍが上限温度設定値Ｔｍａｘより高い場合には、切換スイッチ（２４０と２５０、３４０と３５０）を補助電池側（例えば、第２の補助電池側）に切り換えるとともに、冷却装置によって主電池（２１０、３１０）を冷却するように構成されている。例えば、第２の補助電池（２２０、３２０）の充電時での吸熱動作によって、主電池（２１０、３１０）を冷却する。これにより、高温による主電池（２１０、３１０）の寿命低下を防止することができる。
【００３４】
ところで、前述したように、車両用電源装置に用いられている電池は、高温になると、電池寿命が短縮される。そこで、特許文献２には、高温時には、太陽電池からの電力によって駆動される冷却ファンによって電池を冷却する車両用電源装置が開示されている。
【００３５】
しかしながら、特許文献２に開示されている車両用電源装置では、太陽電池からの電力を用いているため、冷却ファンを駆動するのに十分な電力が太陽電池から発生されないことがある。冷却ファンを駆動するのに十分な電力が太陽電池から発生されない場合には、電池から冷却ファンに電力が供給される。このため、効率がよくない。また、太陽電池は、広い設置スペースが必要である。
本発明の他の実施の形態は、小型で効率よく電池を冷却することができる技術を提供することを目的とする。
【００３６】
以下に、本発明の他の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明の車両用電源装置の他の実施の形態が図６に示されている。なお、図６には、本実施の形態の車両用電源装置が設けられている電気自動車５００が示されている。
電気自動車５００は、車輪５１０、車輪５１０を駆動する走行用モータ５２０、電源部５４０、電力変換装置５５０ａ、５５０ｂ、冷却ファン５６０、冷却ファン５６０を駆動する冷却ファン用モータ５７０、制御装置５８０等を有している。なお、図１に示されている電気自動車１００では、走行用モータ１２０が一部の車輪１１０に設けられているが、走行用モータ１２０を全ての車輪１１０に設けることもできる。前述したように、走行用モータ５２０によって車輪５１０を駆動する方法としては種々の方法を用いることができる。本発明の車両用電源装置は、電源部５４０、電力変換装置５５０ａ、５５０ｂ、制御装置５８０等により構成される。
【００３７】
電源部１４０は、複数の電源ユニットを直列接続あるいは並列接続することによって構成される。図６では、説明を簡単にするために、第１の電源ユニット５４０ａと第２の電源ユニット５４０ａが直列に接続されて構成されている電源部５４０が示されている。
なお、一般的に、各電源ユニットは、複数の単位電池（セル）により構成される。第１の電源ユニット５４０ａと第２の電源ユニット５４０ｂは同じ構成である。すなわち、第1の電池ユニット５４０ａ、第２の電源ユニット５４０ｂは、それぞれ、主電池６１０、７１０、キャパシタ６２０、７２０、熱電変換装置６３０、７３０により構成されている。主電池６１０、７１０は、それそれ、正極端子６１０ａ、７１０ａと、負極端子６１０ｂ、７１０ｂを有している。キャパシタ６２０、７２０は、それぞれ、一方側の端子６２０ａ、７２０ａと、他方側の端子６２０ｂ、７２０ｂを有している。また、熱電変換装置６３０、７３０は、それぞれ、正極端子６３０ａ、７３０ａと、負極端子６３０ｂ、７３０ｂを有している。主電池６１０、７１０としては、例えば、鉛酸電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の種々の充電可能な２次電池が用いられる。キャパシタ６２０、７２０としては、公知の種々の構成のキャパシタが用いられる。また、第１の電源ユニット５４０ａ、第２の電源ユニット５４０ｂには、主電池６１０、７１０の温度を検出して温度検出信号を出力する温度検出器６１１、７１１が設けられている。主電池６１０、７１０の温度としては、主電池６１０、７１０の周囲の温度を用いることもできる。また、主電池６１０、７１０の温度は、主電池６１０、７１０の電流や電圧に基づいて検出することもできる。
【００３８】
主電池６１０、７１０の正極端子６１０ａ、７１０ａと負極端子６１０ｂ、７１０ｂは、キャパシタ６２０、７２０の一方側の端子６２０ａ、７２０ａと他方側の端子６２０ｂ、７２０ｂに接続されている。これにより、キャパシタ６２０、７２０は、主電池６１０、７１０に並列に接続されている。主電池６１０、７１０にキャパシタ６２０、７２０が並列に接続されることによって、加速時等の短時間の供給電力の増加に対して、キャパシタ６２０、７２０の急速放電によって対応することができる。
また、主電池６１０の正極端子６１０ａが正極側の主電力線（第１の正極側の電力線）に接続され、主電池６１０の負極端子６１０ｂと主電池７１０の正極端子６２０ａが接続され、主電池７１０の負極端子７２０ｂが負極側の主電力線（第１の負極側の電力線）に接続されている。また、熱電変換装置６３０の正極端子６３０ａが正極側の補助電力線（第２の正極側の電力線）に接続され、熱電変換装置６３０の負極端子６３０ｂと熱電変換装置７３０の正極端子７３０ａが接続され、熱電変換装置７３０の負極端子７３０ｂが負極側の補助電力線（第２の負極側の電力線）に接続されている。これにより、正極側の電力線と負極側の電力線の間に、第１の電源ユニット５４０ａと第２のユニット５４０ｂが直列に接続されている。すなわち、電力変換装置５５０ａ（第１の電力変換装置）に接続されている正極側の主電力線（第１の正極側の電力線）と負極側の主電力線（第１の負極側の電力線）の間に、第１の電源ユニット５４０ａの、主電池６１０とキャパシタ６２０の並列回路と、第２のユニット５４０ｂの、主電池７１０とキャパシタ７２０の並列回路が直列に接続されている。また、電力変換装置５５０ｂ（第２の電力変換装置）に接続されている正極側の補助電力線（第２の正極側の電力線）と負極側の補助電力線（第２の負極側の電力線）の間に、第１の電源ユニット５４０ａの熱電変換装置６３０と第２のユニット５４０ｂの熱電変換装置７３０が直列に接続される。
【００３９】
ここで、主電池６１０、７１０は、一般的に、放電時および充電時に発熱し（熱を発生し）、温度が上昇する。また、キャパシタ６２０、７２０も、充電時および放電時に発熱し、温度が上昇する。ここで、キャパシタ６２０、７２０の温度上昇量と主電池６１０、７１０の温度上昇量が図８に示されている。図８では、丸が付された曲線によって主電池の温度上昇量が示され、四角が付された曲線によってキャパシタの温度上昇量が示されている。図８に示されているように、キャパシタ６２０、７２０の温度上昇量は、主電池６１０、７１０の温度上昇量より少ない。すなわち、主電池６１０、７１０とキャパシタ６２０、７２０間に温度差が発生する。熱電変換装置６３０、７３０は、主電池６１０、７１０とキャパシタ６２０、７２０間の温度差によって電力を発生する。
【００４０】
熱電変換装置６３０、７３０としては、公知の熱電変換装置を用いることができる。熱電変換装置６３０、７３０は同じ構成である。したがって、熱電変換装置６３０の一例を図７により説明する。
熱電変換装置６３０は、複数の単位熱電変換素子により構成される。図７には、簡略化のために、２つの単位熱電変換素子６３５ａと６３５ｂが直列に接続された熱電変換装置６３０が示されている。
単位熱電変換素子６３５ａ（６３５ｂ）は、Ｐ型熱電変換部材６３１、Ｎ形熱電変換部材６３２および導電部材６３３により構成されている。Ｐ型熱電変換部材６３１は、Ｐ型熱電変換材料（例えば、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９、ＮａＣｏ２Ｏ４等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系等の金属系材料）により形成される。Ｎ型熱電変換部材６３２は、Ｎ型熱電変換材料（例えば、ＬａＮｉＯ３等の酸化物系材料、Ｂｉ−Ｔｅ系等の金属系材料）によって形成される。導電部材６３３は、導電性材料（例えば、銅）によって形成され、Ｐ型熱電変換部材６３１の一方側（図７の上側）の端部とＮ型熱電変換部材６３２の一方側（図７の上側）の端部を接続する。
そして、単位熱電変換部材６３５ａと６３５ｂを直列に接続する。この場合、Ｐ型熱電変換部材６３１とＮ型熱電変換部材６３２が交互に配置されるように接続する。図７では、単位熱電変換素子６３５ａのＰ型熱電変換部材６３１の他方側（図７の下側）の端部と単位熱電変換素子６３５ｂのＮ型熱電変換部材６３２の他方側（図７に下側）の端部を導電部材６３３によって接続する。また、単位熱電変換素子６３５ａと６３５ｂを直列に接続した熱電変換装置６３０の長手方向（図７の左右方向）の両端部に電極を設ける。図７では、熱電変換装置６３０の長手方向一方側（図７の右側）の端部に配置されている単位熱電変換素子６３５ｂのＰ型熱電変換部材６３１の他方側（図７の下側）の端部に導電部材６３３を設けるとともに、この導電部材６３３に正極端子６３０ａを取り付ける。また、熱電変換装置６３０の長手方向他方側（図７の左側）の端部に配置されている単位熱電変換素子６３５ａのＮ型熱電変換部材６３２の他方側（図７の下側）の端部に導電部材６３３を設けるとともに、この導電部材６３３に負極端子６３０ｂを取り付ける。
【００４１】
このような熱電変換装置６３０を、Ｐ型熱電変換部材６３１およびＮ型熱電変換部材６３２の両端部に温度差が発生するように配置する。図７では、Ｐ型熱電変換部材６３１およびＮ型熱電変換部材６３２の一方側（図７の上側）の端部が、高温部である主電池６１０側、他方側（図７の下側）の端部が、低温部であるキャパシタ６２０側となるように配置されている。主電池６１０およびキャパシタ６２０から熱電変換装置６２０に効率よく熱を伝達するには、熱電変換装置６２０を主電池６１０およびキャパシタ６３０に接触させるのが好ましい。この場合、熱電変換装置６２０と主電池６１０およびキャパシタ６２０の間に絶縁部材６３４を設けて絶縁するのが好ましい。
この場合、Ｐ型熱電変換部材６３１では、正孔が高温側から低温側に移動する。また、Ｎ型熱電変換部材６３２では、電子が高温側から低温側に移動する。したがって、正極端子６３０ａが正、負極端子６３０ｂが負となり、矢印の方向に電流が流れる。
【００４２】
制御装置５８０は、種々の入力信号に基づいて、電力変換装置５５０ａ（第１の電力変換装置）および電力変換装置５５０ｂ（第２の電力変換装置）を制御する。入力信号としては、温度検出器６１１、７１１によって検出された主電池６１０、７１０の温度検出信号、シフトレバー（図示省略）の操作検出信号（前進操作検出信号、ニュートラル操作検出信号、後進操作検出信号）、アクセルペダル（図示省略）の踏込み量検出信号等が用いられる。
そして、駆動時には、主電池６１０（７１０）とキャパシタ６２０（７２０）の並列回路により構成される電源部（第１の電源部）から走行用モータ５２０に所定の駆動電力が供給されるように電力変換装置５５０ａを制御し、回生制動時には、走行用モータ５２０から主電池６１０（７１０）とキャパシタ６２０（７２０）の並列回路により構成される電源部（第１の電源部）に回生電力が供給されるように電力変換装置５５０ａを制御する。
また、温度検出器６１０からの主電池６１０（７１０）の温度Ｔｍと上限温度設定値Ｔｍａｘを比較する。上限温度設定値Ｔｍａｘは、主電池６１０（７１０）の寿命が短縮する温度に設定される。そして、主電池６１２０（７１０）の温度Ｔｍが上限温度度設定値Ｔｍａｘ以下である［Ｔｍ＜Ｔｍａｘ］場合には、熱電変換装置６３０（７３０）により構成される電源部（第２の電源部）から発生する電力が、走行用モータ５２０あるいは主電池６１０（７１０）とキャパシタ６２０（７２０）の並列回路により構成される電源部（第１の電源部）に供給されるように電力変換装置５５０ｂや５５０ａを制御する。一方、主電池６１２０（７１０）の温度Ｔｍが上限温度度設定値Ｔｍａｘより高い［Ｔｍａｘ＜Ｔｍ］場合には、熱電変換装置６３０（７３０）により構成される電源部（第２の電源部）から発生する電力が冷却ファン用モータ５７０に供給されるように電力変換装置５５０ｂを制御する。なお、冷却ファン用モータ５７０を制御するタイミングは、種々設定することができる。例えば、複数の主電池のいずれかの温度が上限温度設定値より高くなった時、温度が上限温度設定値より高くなった主電池の数が設定数に達したとき等に冷却ファン用モータ５７０を制御するようにことができる。また、冷却ファン用モータ５７の制御を停止するタイミングは、種々設定することができるが、全ての主電池の温度が上下のン度設定値以下となった時点に設定するのが好ましい。
なお、電力変換装置５５０ａと５５０ｂは１つの電力変換装置として構成することもできる。電力変換装置５５０ａと５５０ｂによって本発明の「電力変換装置」が構成されている。
【００４３】
以上のように、本実施の形態では、主電池と並列にキャパシタを接続しているため、短時間での電力増加要求に対応することができる。また、主電池とキャパシタ間の温度差によって熱電変換装置（熱発電装置）から発生した電力を用いて冷却ファン用モータを制御し、主電池を冷却しているため、主電池を効率よく冷却することができる。また、熱電変換装置（熱発電地置）は小型であるため、容易に配設することができる。
【００４４】
本発明は、前述した実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。電力変換装置の構成は、適宜変更可能である。
主電池、第１の補助電池、第２の補助電池としては、種々の電池を用いることができる。主電池を加熱する方法としては、補助電池の放熱動作を利用して加熱する方法に限定されず、種々の加熱方法を用いることができる。
主電池を冷却する方法としては、補助電池の吸熱動作を利用して冷却する方法に限定されず、種々の冷却方法を用いることができる。
電源ユニット毎に補助電池（例えば、第１の補助電池や第２の補助電池）を設けたが、複数の電源ユニットに対して共通の補助電池を設けてもよいし、全電源ユニットに対して共通の補助電池を設けてもよい。この場合には、複数の電源ユニットあるいは全電源ユニットの主電池のうちいずれか１つあるいは所定数が低温となった時に加熱し、高温となった時に冷却するように構成することができる。
主電池の温度は、電池毎に検出してもよいし、複数の電池（セル）により構成される電源ユニット毎に検出してもよいし、複数の電源ユニット毎に検出してもよい。例えば、温度検出器を、電池毎に設けてもよいし、電源ユニット毎に設けてもよいし、複数の電源ユニットに共通に設けてもよい。これらの温度検出態様で検出した温度は、本発明の「主電池の温度」に包含される。
本発明の車両用電源装置は、電気自動車以外の種々の車両に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の車両用電源装置の第１の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態で用いられる主電池、第１の補助電池および第２の補助電池の充電時の温度変化を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図４】第２の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
【図５】第３の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の車両用電源装置の第４の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図７】熱電変換装置の一例を示す図である。
【図８】第４の実施の形態で用いられる主電池とキャパシタの温度特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００、５００  電気自動車
１１０、５１０  車輪
１２０、５２０  走行用モータ
１４０、５４０  電源部
１４０ａ、１４０ｂ  電源ユニット
１５０、５５０ａ、５５０ｂ  電力変換装置
１６０、５６０  冷却ファン
１７０、５７０  冷却ファン用モータ
１８０、５８０  制御装置（ＣＰＵ）
２１０、３１０、６１０、７１０  主電池
２１１、３１１  温度検出器
２２０、３２０  第１の補助電池
２３０、２４０  第２の補助電池
２４０、２５０、３４０、３５０  切換スイッチ
６２０、７２０  キャパシタ
６３０、７３０  熱電変換装置（熱発電装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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